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金属切削加工技术的发展情况分析
发布时间:2009.08.24 新闻来源:线切割|线切割机床-泰州市斯派特数控机床制造有限公司 浏?#26469;?#25968;:

  从刀具发展历程看,从十九世纪末到二十世纪中期,刀具材料以高速钢为主要代表;1927年德国首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用;二十世纪50年代,瑞典和美国分别合成出人造金刚石,切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪70年代,人们利用高压合成技术合成?#21496;?#26230;金刚石(PCD),解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题,使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。

  刀具材料的选择是切削加工成功的基础。与硬质合金相比,PCD刀具速度可达4000m/min,而硬质合金只有其1/4。从寿命上看,PCD刀具一般能提高20倍。从加工出的表面质量看,PCD的效果比硬质合金要好30%-40%。此外,CBN(立化氮化硼)超硬材?#31995;?#20855;和表面涂层刀具的发展对推动切削加工技术的进步也功不可没。

  100多年来,刀具的切削速度不断提高,带来了加工效率的变化,进一步带来了加工范围的拓展。切削加工发展的最大标志,就是高速切削加工(highspeedcutting,简称HSC)的发展。

  一个高速切削加工系统所涉及的方面很多。仅从加工过程上看,传统的切削加工,一个被加工工件如模具,需要经过毛坯退火—粗加工—精加工—淬火—EDM准备—电火花加工—特别的精加工—人工抛光等程序。而高速加工仅需要毛坯的淬火—粗加工—半精加工—精加工以及超精加工?#28982;方冢?#20174;步骤上来说,就减少了三个,加工时间比传统加工方法缩短30%-50%左右;在加工小尺寸部件时,这种优势尤其明显。更有甚者,过去某些企业制作复杂的模具,基本上都需要3、4个月才能交付使用,采用高速切削加工後,只需要半个月便可完成。

  一个高速切削加工系统,由刀具和技术两部分组成。与刀具相关的因素有刀具材料的选择、刀具系统的组成结构、刀具需加工的边缘形?#30784;?#32780;与技术密切相关的是CAD/CAM系统的选择、刀具加工路径的规划、切削参数的设置以及冷?#20174;?#28070;滑?#26041;凇?/P>

  自高速切削普及以来,从1950年至2000年的半个世纪内,加工效率提高了4-5倍。当然,需要提到的是,高速切削一般是由其加工物件来定义其“高速”的范围。

  刀具在全部加工成本中所占比重并不大。我们以汽车?#30340;?#21046;造过程为例来分析:机床等设备投资占总成本35%;设备工作时的能耗占7%;企业的正常运营成本占27%;冷却及润滑成本占17%;直接人工占9%;刀具占4%。无独有偶,机床加工铝合金工件的批量生产成本中,冷却及润滑占16%;刀具4%;其他加工成本占80%。可以看出,刀具在整个成本中,仅占了极小的一部分。但是,不可忽视的是,这4%成本的刀具,却可能影响到10%-15%的整体加工效率。

  对刀具来说,最关键的因素有三个,成本、寿命、效率。有实验表明,若刀具成本降低30%,整体成本大约降低1%;若提高50%的刀具寿命,整体成本大约降低1%;但是,若尽可能的优化切削参数,提高20%的刀具加工效率,那麽,每一个工件整体成本能降低15%以?#31232;?/P>

  当然,要全面提高机床的生产效率,不仅应通过高速切削减少工件的切削加工时间,还需大力压缩加工辅助时间(含机床调整、程序运行检查、空行程、起制动空运转、工件上下料和装?#23567;?#25442;刀等时间)、待机时间和故障停机时间,因为在多?#20998;中?#25209;量生产条件下,机床的有效切削时间一般只占其全部工时的25%-35%。可见,除高速切削外,如何更加有效的加工,是制造?#24471;?#20020;的重要课题之一。

  目前,绿色加工技术已成为全球的热点,这个绿色,包括?#21496;?#27982;、环保、高效。从环保角度看,一方面是高速高效加工带来能耗的降低,另一方面,冷却液与润滑液的选择是非常关键。如上所述,冷却液的成本在整体成本中所占比例颇高,达到16%左右。润滑与冷却的效果与整体的加工效率也非常相关,尤其是对难加工材料,如钛合金,切削到一定程度後,必须进行适当的冷?#30784;?#38543;高速切削的发展,冷却?#33322;?#27880;时,刀具经常出现热裂的情况,导致刀具寿命降低,这一点需要改进。

  总之,在加工技术中,高精度、高效率、低成本、环保,及结果的可预见性,都将是明显的趋势。这个可预见性,是指加工结果必须是可预测的、可控制的,而不是随机的。这就要求操作者对加工技术有更深的理解。(文章来源:中国设备网)

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